DE2648691A1 - Verfahren zur glasherstellung - Google Patents

Verfahren zur glasherstellung

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass

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27 481-21 /-
. ing. Π. NEGENDANK (-1073) · DIPiWNG. H. HATJCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ NG. E, GRAAEFS · dipl-ing. W. WEIINERT · dipi,.-phys. W. CARSTENS
HAMBURG-MÜNCHEN
■t-
ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: 2000 HAMBURG 36 · NEUER WALI, 41 TEiEFON (040)36 74 28 UND 36 4115
TELEGR. NEGEDAPATENT HAMBURG
80OO MÜNCHEN 2 · MOZARTSTR. 23 OWENS-ILLINOIS, INC. telefon (089) 538O5se
P.O. BOX 1035 TElEGR. NEGEDAPATBNT MÜNCHEN
Toledo, Ohio 43666/USA Hamburg, 26. Oktober 1976
Verfahren zur Glasherstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Glasherstellung und ist insbesondere auf das Gebiet der die Glasschmelze bildendenBestandteile gerichtet, mittels derer ein Schmelzbad aus Glas erzeugt werden kann.
Es ist allgemein bekannt, daß Glas hergestellt werden kann, indem man die glasbildenden Bestandteile erhitzt, wodurch diese in ein Glasschmelzbad übergeführt werden. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß man einen Brennstoff verbrennt, der üblicherweise Erd- bzw. Naturgas oder öl ist. Beispielsweise v/erden die Glassatzmaterialien in einen Schmelzofen eingegeben, der ein Schmelzbad enthält, wobei die durch die Verbrennung dieser Brennstoffe
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DGnTSCHEBlNK IQ, IIAMJJl'HC (BLZ 200 TOO 00>NM. 05/20197 · DHKSDNDn 3ANIC AC. ΠΛΜΙΗ'ΙΙΟ (BIZ 200 SOO 00) NH. 033 60 38 · IOSTSCHECK HMB. 2812"2OU
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gewonnene Hitze nicht allein zum Schmelzen der Glassatzmaterialien sondern auch zur Aufrechterhaltung des Glases als Schmelzbad verwendet werden. In einem umsteuerbaren Regenerativschmelzofen werden beispielsweise die Glassatzmaterialien in eine Schmelzkammer eingegeben, die ein Schmelzbad aus Glas aufweist, und es wird durch die Verbrennung eines Brennstoffes gewonnene Wärme zugeführt, um diese Glassatzmaterialien zu schmelzen. Darüber hinaus strömt ein gasförmiges Medium quer durch den Schmelzofen über die Oberfläche des Bades, das danach ein Kontrollsystem passiert, indem von dem gasförmigen Medium Wärme abgezogen wird, die nach einer entsprechenden Umsteuerung von dem Kontrollsystem abgezogen und zum Vorerhitzen der Luft verwendet wird, wenn diese die Schmelskammer in einer darauffolgenden entgegengesetzten Strömung passiert.
Kolloidale Brennstoffe sind seit zahlreichen Jahren bekannt, wobei entsprechende Anstrengungen unternommen worden sind, um diese bei der Erzeugung von elektrischem Strom, bei der Stahlerzeugung und in der Zementindustrie einzusetzen. Obwohl diese Brennstoffe schon seit geraumer Zeit bekannt sind, bestand bisher in der Glasind-cstrie keinerlei Bedürfnis, derartige kolloidale Brennstoffe, d.h. Mischungen aus Kohle und öl, zu verwenden.
überraschenderweise ist nunmehr von der Anmelderin festge-
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stellt worden, daß in einem Verfahren zur Herstellung von Glas der gewünschte Schmelzvorgang in zweckdienlicher und wirtschaftlicher Weise mit einer ausgezeichneten Temperaturregulierung und ohne nachteilige Auswirkungen auf die Glasqualität durchgeführt werden kann, wenn als Brennstoff ein Gemisch aus partikulärer Kohle und Öl eingesetzt wird. Dieses brennbare Gemisch kann bei beliebigen bekannten Verfahren zur Glasherstellung vollständig oder zum Teil Anwendung finden.
Die brennbaren Gemische aus partikulärer Kohle und Heizöl, mittels denen wünschenswerte Ergebnisse erzielt werden können, bestehen aus weniger als etwa 52 Gew.-% Kohle, d.h. 2 oder 3 Gew.-% bis 52 Gew.-%, wobei der Rest von einem geeigneten brennbaren öl, beispielsweise Heizöl Nr. 2, gebildet wird. Besonders geeignete Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Material mit etwa 27 bis etwa 52 Gew.-% Kohle und etwa 73 bis etwa 48 Gew.-% Heizöl Nr. 2 verwendet wird. Vorteilhafterweise sollte die Kohle eine Partikelgröße einer Siebweite von weniger als etwa 200 (2OO mesh) aufweisen. Wenn Heizöle eingesetzt werden, die eine höhere (oder eine geringere) Viskosität aufweisen als Heizöl Nr.2, d.h. Heizöl Nr. 4 oder Heizöl Nr. 6 (Bunker C), werden die Konzentrationen an Kohle und öl vorteilhafterweise so reguliert, daß das Gemisch aus partikulärer Kohle und öl eine geringere Viskosität als etwa 820 centipoise, gemessen mit
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einem Brookfield-Viskosimeter, aufweist. Natürlich kann die Temperatur des Gemisches auch variiert werden, beispielsweise durch Vorerhitzen, um die gewünschte Viskosität zu erhalten. Zufriedenstellende Ergebnisse werden erhalten, wenn ein Kohle-öl-Gemisch mit einer Viskosität
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von etwa 13 oder/centipoise bis 820 centipoise verwendet wird, wobei in besonders günstiger Weise bei einer Viskosität von etwa 65 bis 70 centipoise gearbeitet werden kann. Die Aufschlämmungen aus der pulverisierten Kohle und dem öl können unter Verwendung von herkömmlichen Rühreinrichtungen hergestellt und dem Brenner als vorgeschlämmter Brennstoff zugeführt werden. Eine derartige Beschickung des Brenners mit vorgeschlämmtem Brennstoff ist aus Wirtschaf tlichkeits-, Sicherheits-, Gesundheits- und Raumgründen besonders wünschenswert, da damit die Herstellung des Materials in einem Bereich möglich wird, der von der Schmelzzone entfernt ist.
Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung in Verfahren zur Glasherstellung eingesetzt, bei denen ein Strom eines gasförmigen Mediums, beispielsweise eines gasförmigen Mediums aus Verbrennungsprodukten und Luft, über einem Bad aus geschmo-lzenem Glas aufrechterhalten wird. Indem dieser Strom auf einer ausreichenden Geschwindigkeit gehalten wird, kann die.aus dem Verbrennen der Kohle zurückbleibende Asche in dem Gasstrom in Suspension gehalten und damit auf pneuma-
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tischem Wege aus geeigneten Auslässen des Schmelzofens geführt werden, ohne daß man die Asche in Kontakt mit dem geschmolzenem Glas oder irgendwelchen Glasmaterialien, die von dessen Oberfläche getragen werden, treten läßt. Auf diese Weise kann durch Regulierung der Geschwindigkeit des Gasstromes oberhalb der Ghsoberfläche nahezu die gesamte zurückbleibende Asche entfernt werden, ohne daß man diese in Kontakt mit dem darunter befindlichen Schmelzbad treten läßt. Die Geschwindigkeiten können reguliert werden, wobei normalerweise Geschwindigkeiten von mindestens etwa 3,6 m/sec (12 Fuß pro Sekunde), vorzugsweise von mindestens etwa 6, 1 m/sec (20 Fuß pro Sekunde) Anwendung finden. Oberhalb des Bades wird auf diese Weise nahezu die gesamte Restasche, beispielsweise mindestens etwa 95 % und normalerweise mindestens etwa 99 %, entfernt, überraschenderweise können sogar die üblichen Geschwindigkeiten in einem Regenerativschmelzofen für diesen Zweck ausreichend sein. Unabhängig davon, ob der SchmelzVorgang in einem Regenerativsehmelzofen, einem Rückgewinnungsofen (recuperator) oder sogar in einer Schmelzofeneinheit durchgeführt wird, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein strömendes gasförmiges Medium oberhalb des Glasschmelzbades, das vorhanden ist oder vorhanden sein wird, vorgesehen, wobei die Geschwindigkeit dieses strömenden gasförmigen .Mediums ausreichend hoch gewählt wird, um.auf pneumatischem Wege nahezu die
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gesamte Restasche aus dem Schmelzofen herauszuführen, so daß diese nicht mit dem darin befindlichen Schmelzbad in Kontakt treten kann. Beispielsweise wird bei einem umsteuerbaren Regenerativschmelzofen, bei dem Glassatzmaterialien auf ein Glasschmelzbad eingegeben werden und ein Brennstoff über der Oberfläche des Schmelzbades verbrannt wird, um eine Wärmequelle zur Überführung der Glassatzmaterialien in eine homogene Glasschmelze zu erzeugen, der Brennstoff vorteilhafterweise von einem Gemisch aus Kohle einer Größe Siebweite -200 (-200 mesh) und öl gebildet, und das über das Glasschmelzbad strömende gasförmige Medium wird auf einer ausreichenden Geschwindigkeit gehalten, was durch Regulierung des Abzuges oder der Ventilatoren geschehen kann, um die Aschepartikel darin in Suspension zu halten und diese auf pneumatischem Wege aus der Schmelzkammer zu entfernen. Natürlich ist es klar, daß in denjenigen Fällen, bei denen das endgültige Glasmaterial mit der Aschensubstanz in der Kohle verträglich ist, die bekanntlich selbst ein Glassat zmaterial darstellt, kein Bedürfnis zur Entfernung dieser Asche aus dem Schmelzofen besteht. Unabhängig davon, ob eine Schmelzofeneinheit (unit melter) oder ein Beschickungsofen (batch melter) verwendet wird, in jedem Fall kann in der gleichen Weise gearbeitet werden. Das bedeutet, daß bei der bevorzugten Arbeitsweise der Brenner über dem Niveau des Glasschmelzbades angeordnet
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. JO-
wird, das beim Schmelzen der Glassatzmaterialien erhalten wird, und daß in dem Falle, in dem das Glas mit der Asche verträglich ist, der Brennstoff einfacherweise dem Brenner zugeführt und dort gezündet wird, oder daß, falls erwünscht, oberhalb des vorgegebenen Niveaus des Schmelzbadec in der Schmelzkammer das Gas auf einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird, um die Aschepartikel darin in Suspension zu halten und diese auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen herauszuführen.
Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient das nachfolgende Beispiel:
Beispiel
Ein Zweiphasenversuch wurde in einem üblichen Glasschmelzofen unter Verwendung eines typischen Natron-Kalk-Behälterglasmaterials gefahren. Das zur Herstellung eines grüngefärbten Glases verwendete Ausgangsmaterial wies die nachfolgende spezielle Zusammensetzung auf: SiO- etwa 71, 9 %, Al2O3 etv/a um 1,7 %, CaO etwa um 10,7 % und Na20 um etwa 14, 6 %. Darüber hinaus waren geringe Restmengen von den bei der Eehälterglasherstellung bekannten Bestandteilen vorhanden, die ein Färbemittel einschlossen. Der Schmelzofen selbst besaß eine Größe von etwa 74,12 m (800 Quadratfuß) und war ein umsteuerbarer Regenerativ-
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- yf/.
schmelzofen mit fünf öffnungen, der unmittelbar durch die seitliche öffnung beheizt wurde. Wie es bei einem derartigen Ofentyp üblich ist, strömt ein gasförmiges Medium, das ein Gemisch aus Luft und Verbrennungsprodukten ist, in einer alternierenden Sequenz über das Niveau des Schmelzbades im Ofen und wird aus der Schmelz-r kammer durch .öffnungen her aus geleitet, die in den Wandungen des Schmelzofens vorgesehen sind. Der speziell verwendete Ofen war mit fünf öffnungen versehen, wobei die Versuche an der ersten öffnung durchgeführt wurden, d.h. der Ofen wurde durch die erste öffnung entweder mit Erd- bzw. Naturgas allein, öl allein oder einem Gemisch aus partikelformiger Kohle und öl beschickt. Die am weitesten von der Beschickungszone für die Glassatzmaterialien entfernt gelegenen vier öffnungen des Ofens wurden mit Erdgas beschickt. Folglich wurden etwa 20 % des gesamten Eingangs an Wärmeenergie entweder durch öl allein oder durch ein Gemisch aas Kohle und öl zur Verfügung gestellt, mit Ausnahme des Falles, bei dem der Schmelzofen vollständig mit Erdgas beheizt wurde. Der für den Brennstoff aus Kohle und öl verwendete Brenner war ein gebräuchlicher ölbrenner, in diesem Fall ein Hauck 623 X-Brenner, der mit einem I'.erstäubungsluft-
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druck von etwa 49,45 kp/cm (25 Unzen pro Quadratzoll) arbeitete. Die Aufschlämmung aus Kohle und öl wurde als Vorschlämmung hergestellt, wobei ein schiffsähnlicher
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Propellerrührer verwendet wurde. Dieser vorgemischte Schlamm wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Schlammpumpe, in diesem Fall einer Moyno-Pumpe, die von der Robins and Myers Company geliefert wird, dem Ölbrenner zugeführt.
Die verwendete Kohle war Anthrazitkohle, die im allgemeinen eine geringere Partikelgröße als etwa Siebweite 200 (200 mesh) aufwies (in diesem Falle bestanden etwa 97 % aus einem Material einer Siebgröße von -200 (-200 mesh)). Die Kohle setzte sich aus etwa 80 % nichtflüchtigem Kohlenstoff, etwa 13 % Asche, etwa 6 % flüchtigen Bestandteilen, weniger als etwa 1 % Gesamtfeuchtigkeit und weniger als etwa 1 % Schwefel zusammen. Die Asche bestand aus einem größeren Anteil von SiO-, etwa in einem Bereich von etwa 55 %. Der verbleibende Ascheanteil setzte sich aus einer größeren Menge Al3O3 und einem Metalloxide, beispielsweise Fe3O3, TiO2, Erdalkalimetalloxide und Alkalimetalloxide, aufweisenden Rest zusammen. Als öl wurde Standardheizöl Nr. 2 verwendet.
Die erste Phase der Versuche bestand darin, das System sich einspielen zu lassen, um auf diese Weise grundlegende Informationen über den Verfahrensablauf gewinnen zu können. Bei der zweiten Phase wurde dann mehr auf eine gründliche technische Auswertung der Auswirkungen des
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verwendeten Öl-Kohle-Brennstoffes auf den Glasschmelzvorgang abgezielt. Der Abzug (pull) des Schmelzofens betrug etwa 156 t/pro Tag.
In der ersten Phase der Versuche wurde dem Brenner ein Brennstoff aus Kohle und öl zugeführt, und es wurde beobachtet, daß· bei einer Schlammkonzentration von etwa 52 Gew.-% Kohle und etwa 48 % Gew.-% Heizöl Nr. 2 eine gute Zerstäubung schwierig zu erzielen war. Das entspricht etwa einer Viskosität der Kohle-Öl-Aufschlämmung von 820 centipoise bei 24°C (75°F), gemessen mit dem Brookfield-Viskosimeter. Es wurde darüber hinaus festgestellt, daß die von einer Aufschlämmung aus Kohle und öl, jeweils mit 27 Gew.-% Kohle (73 Gew.-% öl) und 40 Gew.-% Kohle (60 Gew.-% öl), erzeugten Flammen eine größere Helligkeit aufwiesen als die von Heizöl allein erzeugten Flammen. Des weiteren wurde beobachtet, daß sich die Konfiguration der Flammen, die aus einem Kohle-Öl-Schlamm erzeugt wurden, der Konfiguration der Flammen annäherte, die bei der Verbrennung von Erdgas erzeugt wurden, im Gegensatz zu den langen schmalen Flammen, die bei der Verbrennung von öl allein entstanden. Zusätzlich dazu wurde festgestellt, daß keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich einer Brennerverstopfung oder des Absetzens der Kohle aus der Aufschlämmung entstanden. Vielmehr zeigte eine überprüfung der Brennstoffe eine vollstän-
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dige Verbrennung des Kohle-Öl-Schlammes und damit nahezu keinen überschüssigen Sauerstoff.
Auf der ersten Phase der Versuche basierend wurde ein weiterer Versuch über eine Zeitdauer von 28 Stunden gefahren, bei dem als Brennstoff ein Gemisch aus 40 Gew.-% Kohle und 60 Gew.-% Heizöl Nr. 2 Verwendung fand. Der Brenner in der ersten Öffnung wurde etwa Or62 m (2 Fuß) über dem Niveau des geschmolzenen Glases angeordnet und so justiert, daß sich die Flamme nach unten gegen die Oberfläche des Schmelzbades neigte und das Ende der Flamme die Oberfläche derjenigen Glassatzmaterialien überstrich, die auf dem geschmolzenen Glas schwammen. Die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums während jedes Brennzyklus, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in Verbindung mit der der Verbrennungsprodukte, betrug allgemein etwa 7,75 m/sec (25 Fuß pro Sekunde) . Es konnte dabei festgestellt werden, daß die aus der Verbrennung der Kohle in dem Kohle-Öl-Gemisch resultierende Restasche aus der Flamme heraustrat und auf pneu matischem Wege, so daß sie mit dem Schmelzbad nicht in " Kontakt trat, aus der Schmelzkammer durch die darin, befindlichen Öffnungen herausgeführt wurde. Das bedeutet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des gasartigen Mediums über dem Schmelzbad ausreichend hoch war, um nahezu die gesamte aus der Kohleverbrennung resultierende Restasche
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im Gas in Schwebe zu halten und auf diese Weise die Restasche auf pneumatischem Wege aus der Schmelzkammer heraus zuführen.
Ein Vergleichsversuch, bei dem nur Heizöl Nr. 2 als Brenn stoff in der öffnung 1 oder Erdgas im Vergleich zu dem Gemisch aus pulverisierter Kohle und öl verwendet wurde, zeigte überraschenderweise, daß bei der Regulierung der Flamme oder der Regulierung der Temperatur kein Unterschied bestand, wenn das Gemisch aus Kohle und Öl eingesetzt wurde. Bei der Verwendung des Kohle-Öl-Schlammes wurde eine äußerst wünschenswerte Turbulenz erzeugt.
Zusätzlich dazu zeigte eine Untersuchung der Glasqualität sowohl durch Oxidanalyse als auch durch Auswertung der Einschlüsse und Blasen im Glas im Grunde keine Qualitätsänderung oder eine Änderung der Zusammensetzung in dem fertigen Glasmaterial, über in Vorversuchen hergestellte Glasschmelzen wurde festgestellt, daß es sich bei der Asche der Kohle um ein glasbildendes Material handelt. Trotzdem ergaben die Beobachtungen bezüglich der Qualität des Glases sov/ie dessen Analyse verbunden mit der visuellen Beobachtung der Asche, die auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen transportiert wurde, daß nahezu der gesamte Ascheanteil auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen geführt wurde und nur ein äußerst geringer Anteil,
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wenn überhaupt, der Asche in die Schmelze eindrang. Folglich kann die Temperatur in der Schmelze auf einfachem Wege durch die als Brennstoff verwendete Kohle-öl-Aufschlämmung reguliert werden, wobei die Glasqualität im Grunde unverändert bleibt. Es kann daher ein Gemisch oder eine Aufschlämmung von pulverisierter Kohle in öl als Brennstoff eingesetzt werden, um entweder die gesamte oder einen Teil der zum Schmelzen erforderlichen Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen und dadurch ein qualitativ hochwertiges Glas herzustellen. Es sei nochmals erwähnt, daß bei der Bezugnahme auf die Verwendung eines Gemisches aus Kohle und öl zum Schmelzen der glasbildenden Bestandteile und/oder zur Erzeugung eines Glasschmelzbades damit immer gemeint ist, daß während des Schmelzvorganges die Aufschlämmung aus Kohle und öl entweder dazu verwendet wird, um die gesamte benötigte Wärmeenergie oder nur einen Teil davon zu erzeugen.
Durch Messung von angehäuften Partikeln wurde festgestellt, daß im Vergleich zum vollständigen Beheizen des Ofens mit Erdgas die Partikel im Abgas um etwa 70 % ansteigen, wenn eine Aufschlämmung aus partikelförmiger Kohle und öl als Brennstoff verwendet wird, was etwa 24 % der gesamten Asche ausmachte, die dem System zugesetzt wurde. Natürlich können geeignete Kollektoren eingesetzt werden, um die Partikel·? einschließlich der Kohleasche, zu isolieren.
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Claims (9)

  1. Ansprüche :
    1/ Verfahren zur Herstellung von Glas, gemäß dem glasbildende Bestandteile auf ein Schmelzbad aus Glas gegeben werden und ein Brennstoff über der Oberfläche des Schmelzbades verbrannt wird, so daß eine Wärmequelle zum überführen der Bestandteile in geschmolzenes Glas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein Gemisch aus Kohle und Öl ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Medium über das Schmelzbad mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit geführt wird, um nahezu die gesamte Restasche der oberhalb des Schinelzbades verbrannten Kohle auf pneumatischem Wege abzuführen und nahezu die gesamte Asche nicht in Kontakt mit dem Schmelzbad treten zu lassen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit mindestens etwa 3,6 m/sec (12 Fuß pro Sekunde) beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle eine geringere Partikelgröße als etwa Siebweite 200 (200 mesh) besitzt und daß das Gemisch eine
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    • I.
    geringere Viskosität als etwa 820 centipoise aufweist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus etwa 40 Gew.-% Kohle und etwa 60 Gew.-% Öl besteht.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung von Glas, gemäß dem glasbildende Bestandteile einer Schmelzkammer zugeführt werden, die zur Herstellung eines Schmelzbades aus Glas in der Kammer schmelzbar sind, ein innerhalb der Kammer über dem Niveau des Schmelzbades angeordneter Brenner mit einem Brennstoff beschickt und der Brennstoff verbrannt wird, so daß eine ausreichende Wärmemenge zum Schmelzen der Bestandteile und zur Erzeugung eines Schmelzbades aus Glas zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff partikelförmige Kohle enthält.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasartiger Strom in der Kammer über dem Schmelzbad auf einer ausreichend hohen Geschwindigkeit gehalten wird, um nahezu die gesamte Restasche der verbrannten Kohle in dem Gasstrom in Schwebe zu halten, um dadurch auf pneumatischem Wege die Asche aus der Kammer abzuführen.
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  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein Gemisch aus Kohle und öl ist und dem Brenner als vorgeschlämmtes Gemisch zugeführt wird.
  9. 9. Verfahren zur Hersteilung von Glas, bei dem ein Brennstoff verbrannt und dadurch Hitze erzeugt wird, um glasbildende Bestandteile in eine Glasschmelze zu überführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein Gemisch aus partikelförmiger Kohle und öl ist.
    7Q98 18/07
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